- 저자
- 김경렬, 김백민, 김웅서, 박록진, 심상헌, 윤상호
- 출판
- 반니
- 출판일
- 2017.04.28
머리말 - On the Earch, For the Earth, and Beyond
엘니뇨 :: 남미 페루 부근 태평양 적도 해역의 해수 온도가 크리스마스 무렵부터 이듬해 봄철까지 주변보다 2~10℃ 이상 높아지는 이상 고온 현상을 말한다. 발생 주기는 불규칙적이지만 보통 2~7년의 주기를 가지며, 발생 지역은 열대 태평양 적도 부근에서 남아메리카 해안으로부터 중태평양에 이르는 광범위한 지역에서 나타나고 있다. 무역풍과의 상호 작용으로 발생되는 것으로 추정되는데, 엘니뇨 현상이 발생하면 지구 곳곳에 기상 이변이 발생하여 많은 피해를 초래하기도 한다. 이와 같은 기상 이변을 일으키는 원인은 분명하지 않지만 해수 온도의 변화에 따라 대기 순환계의 변화가 기상 이상을 초래하는 것으로 알려져 있다.
[네이버 지식백과] 엘니뇨 [El Nino] (Basic 고교생을 위한 지리 용어사전, 2002. 2. 5., 이우평)
라니냐 :: 라니냐는 에스파냐어로 '여자아이'라는 뜻이며, 주로 엘니뇨 이후에 이어서 발생하는 경우가 많다. 일반적으로 적도 부근의 서태평양은 해수면의 온도가 따뜻하고, 동태평양은 상대적으로 더 차다. 이는 항상 서쪽으로 무역풍이 불어 동태평양의 따뜻한 표층 해수를 서쪽으로 밀어내고, 그 자리를 차가운 심층 해수가 올라와 채우기 때문이다. 그러나 라니냐가 발생하는 동안에는 무역풍의 세기가 강해지면서 동태평양의 해수면 온도가 평년보다 0.5도 이상 낮아지게 된다.
따라서 더 강한 저기압을 보이는 인도네시아, 필리핀 등의 동남아시아와 호주 북부의 강수량이 증가해 홍수가 일어나는 반면, 더 강한 고기압을 보이는 페루 등의 남아메리카에는 가뭄이, 그리고 북아메리카 지역에는 강추위가 찾아올 수 있다. 발생 주기나 세기는 일정하지 않다.
1900년대에는 라니냐의 영향으로 안데스 산맥 중부에 강수량이 크게 증가하여 볼리비아에 다섯 번의 기록적인 홍수 피해가 발생했다. 2007~2008년 겨울에는 캐나다 동부에 기록적인 폭설 피해가 발생했고, 2008년 3월에는 동남아시아의 해수면 온도가 2도 낮아짐과 동시에 대륙 전역에 홍수가 발생했다.
[네이버 지식백과] 라니냐 [La Nina] (두산백과 두피디아, 두산백과)
북극진동 :: 북반구에 존재하는 추운공기의 소용돌이인 한랭와가 수십일 또는 수십년을 주기로 하여 강약을 되풀이 하는 현상을 말한다.
AO로 줄여서 말하기도 하고 고위도에 존재하는 한랭와를 극와라고 한다.
AO로 약칭된다. 북반구 고위도에 존재하는 한랭와를 특히 극와(極渦:polar vortex)라고 한다. 최근 수십년 간의 자료에 의하면 겨울철 극와의 세기가 10년 정도의 주기로 변동하고 있는 것으로 나타나고 있다. 극와의 세기는 한국과 일본 등 중위도에 위치한 지역의 겨울 날씨와 관련해서 주목을 받고 있다.
일반적으로 극와가 강한 겨울에는 한기(寒氣)는 고위도에 축적되는 경향이 강해서, 중위도로 남하하기가 어렵게 된다. 이 때문에 중위도에 위치한 한국 남부나 일본의 겨울은 난동(暖冬)이 되기 쉽다. 반대로 극와가 약한 겨울에는 고위도에 있는 한기가 종종 중위도까지 남하한다. 이 때문에 중위도에 위치한 지역의 겨울은 엄동(嚴冬)이 되는 경향이 있다.
이처럼 고위도 극와의 강약과 중위도의 기후는 서로 관련을 갖고 변동하고 있다. 또한 북극해의 해빙은 대기의 북극진동과 서로 영향을 주고받으면서 증감하고 있다는 보고도 있다.
[네이버 지식백과] 북극진동 [arctic oscillation, 北極振動] (두산백과 두피디아, 두산백과)
초미세먼지 :: 먼지는 입자의 크기에 따라 총먼지(TSP:total suspended particles), 지름이 10㎛ 이하인 미세먼지, 지름이 2.5㎛ 이하인 초미세먼지로 나뉜다. 이 가운데 10㎛ 이하의 미세먼지는 사람의 폐포까지 깊숙이 침투해 각종 호흡기 질환을 일으키는 직접적인 원인이 된다.
황산염, 질산염, 암모니아 등의 이온 성분과 금속화합물, 탄소화합물 등 유해물질로 이루어져 있는데, 주로 자동차 배기가스에서 발생한다. 이 때문에 세계 각국에서는 10㎛ 이하의 먼지를 임계농도(기준)로 정해 엄격하게 규제하고 있다. 한국에서도 1995년부터 이 농도를 미세먼지 기준으로 삼고 있다.
초미세먼지는 미세먼지의 4분의 1크기밖에 되지 않는 아주 작은 먼지로, 사람의 눈에는 거의 보이지 않는다. 미세먼지와 마찬가지로 자동차나 화석연료에서 발생한다. 미세먼지보다 훨씬 작기 때문에 기도에서 걸러지지 못하고 대부분 폐포까지 침투해 심장질환과 호흡기 질병 등을 일으킨다.
특히 입자가 큰 먼지와 달리 단기간만 노출되어도 인체에 심각한 영향을 미치기 때문에, 심할 경우 조기 사망으로 이어질 수도 있다. 2005년 당시 초미세먼지는 미국에서만 2.5㎛를 기준으로 설정하고 있었다. 2011년 4월 28일 환경정책기본법 시행령을 통해 PM-10(입자의 크기가 10㎛이하)의 미세먼지는 연간평균치 50㎍/㎥ 이하, 24시간평균치 100㎍/㎥ 이하로 베타선흡수법을 통해 측정하며, PM-2.5(입자의 크기가 2.5㎛이하)의 미세먼지는 연간평균치 25㎍/㎥ 이하, 24시간평균치 50㎍/㎥ 이하로 중량농도법 또는 이에 준하는 자동측정법으로 측정하도록 개정하여 2015년 1월 1일부터 시행하도록 하였다.
[네이버 지식백과] 초미세먼지 [fine particulate matter, 超微細─] (두산백과 두피디아, 두산백과)
온실가스 배출권 :: 지구온난화를 막기 위한 '교토의정서'에서 온실가스 감축 의무 이행에 신축성을 확보하기 위해 도입한 제도이다. 교토의정서를 이행하기 위한 경제적 수단 3가지(배출권거래제, 청정개발체제, 공동이행제도) 중 주된 수단이라 할 수 있다.
각국별로 온실가스(이산화탄소) 배출 감축 의무와 연간 배출허용량을 정한 뒤 국가마다 할당된 감축량 의무 달성을 위해 자국의 기업별ㆍ부문별로 배출량을 할당하는데, 이때 할당량만큼 온실가스 감축이 불가능한 국가ㆍ기업의 경우 다른 나라 기업으로부터 할당량을 매입할 수 있도록 허용한 제도이다. 허용량보다 온실가스를 많이 배출한 국가나 기업은 초과분만큼의 탄소배출권을 탄소배출권거래소에서 구입해야 하며 허용량보다 적게 배출한 국가나 기업은 미달분만큼 탄소배출권을 팔 수 있다.
이처럼 온실가스 감축에 많은 비용이 소요되는 기업이나 국가는 감축 목표를 초과 달성한 국가ㆍ기업으로부터 배출권을 시장에서 사들이는 방법으로 감축 의무를 이행할 수 있게 돼, 시장 전체로서는 최소한의 비용으로 목표를 달성할 수 있다는 이점이 있다.
[네이버 지식백과] 온실가스 배출권거래제도 (시사상식사전, pmg 지식엔진연구소)
파리기후변화협약 :: 2015년 12월 프랑스 파리에서 열린 제21차 유엔기후변화협약(UNFCCC) 당사국총회(COP21)에서 채택된 것으로, 2020년 이후의 새 기후변화 체제 수립을 위한 최종 합의문이다. 즉 2020년 만료 예정인 교토의정서를 대체해 2020년 이후의 기후변화 대응을 담은 국제협약이다.
파리협정은 선진국만 온실가스 감축 의무가 있었던 1997년 교토의정서와는 달리 195개 당사국 모두에게 구속력 있는 보편적인 첫 기후합의라는 점에서 그 역사적 의미가 있다. 다만 각국이 제출한 INDC(자발적 감축목표)에 부여하려던 국제법상의 구속력은 결국 제외됐다는 한계는 있다.
한편, 파리협정은 '55개국 이상', '글로벌 배출량의 총합 비중이 55% 이상에 해당하는 국가가 비준'이란 두 가지 기준이 충족되면서 2016년 11월 발효됐다.
[네이버 지식백과] 파리기후변화협약(파리협정) (시사상식사전, pmg 지식엔진연구소)
인류세 :: 네덜란드의 화학자로 1995년 노벨화학상을 받은 크뤼천(Paul Crutzen)이 2000년에 처음 제안한 용어이다. 지질시대를 연대로 구분할 때 기(紀)를 더 세분한 단위인 세(世)를 현대에 적용한 것으로, 시대 순으로 따지면 신생대 제4기의 홍적세(洪積世)와 지질시대 최후의 시대이자 현세인 충적세(沖積世)에 이은 전혀 새로운 시대이다.
다시 말해 지금까지 계속되던 충적세가 끝나고, 이제 과거의 충적세와는 다른 새로운 지질시대가 도래했다는 뜻에서 등장한 개념이다. 아직 학문적으로 정립된 개념은 아니지만, 구태여 구분하자면 크뤼천이 제안한 2000년 안팎을 인류세의 시작으로 보면 된다.
인류세의 가장 큰 특징은 인류에 의한 자연환경 파괴를 들 수 있다. 그동안 인류는 끊임없이 지구환경을 훼손하고 파괴함으로써 인류가 이제까지 진화해 온 안정적이고 길들여진 환경과는 전혀 다른 환경에 직면하게 되었다. 엘니뇨·라니냐·라마마와 같은 해수의 이상기온 현상, 지구온난화 등 기후 변화로 인해 물리·화학·생물 등 지구의 환경체계도 근본적으로 변화하였다.
이로 인해 인류는 급격하게 변화하는 지구환경과 맞서 싸우면서 어려움을 극복하지 않으면 안 되게 되었는데, 인류세는 환경훼손의 대가를 치러야만 하는 현재 인류 이후의 시대를 가리킨다. 인류로 인해 빚어진 시대이기 때문에 인류라는 말이 붙은 것이다.
2004년 8월 스웨덴 스톡홀름에서 열린 유로사이언스 포럼에 참가한 각 분야 과학자들도 인류세 이론을 지지하였다. 과학자들은 기후 변화에 따른 전 지구적 재앙을 일으키는 가장 치명적인 지역으로 사하라사막, 아마존강 유역의 삼림지대, 북대서양 해류, 남극 서부의 빙원, 아시아의 계절풍 지대, 지브롤터해협 등 12개 정도를 꼽고 있다.
[네이버 지식백과] 인류세 [Anthropocene, 人類世] (두산백과 두피디아, 두산백과)
지구 생명의 역사에서 지금까지 다섯 번의 대멸종이 있었습니다. 이제 지구온난화로 여섯 번째 대멸종을 걱정해야 할 판국입니다. 앞으로 500년 내로 생물 종의 20% 이상이 사라질 수 있다고 합니다. 이것은 95%의 생물이 사라진 ‘페름기 대멸종’보다 최소 100배나 빠른 속도입니다. 그래서 지금의 시대를 ‘인류세(또는 인간세)’라고 불러야 한다는 과학자도 있습니다. 인간이 지구의 생명체를 멸종시키고 있다는 반성인 셈이죠.
우리가 진행하는 활동이 일회성 행사가 아닌 지속적 과학문화운동이기를 바랍니다. 그러기 위해서는 과학을 사랑하는 사람들의 ‘동맹’이 필요합니다. 이 책이 이러한 과학문화운동에 일조하기를 기대해 봅니다. 이 책을 읽는 당신이 근원적 질문을 멈추지 않기를, 그리고 과학으로 저항하기를 바라며.
미세먼지를 향한 관심이 커지다
우리가 흔히 알고 있는 미세먼지의 원인으로는 디젤 자동차, 화력발전소 그리고 고등어가 있습니다. 고등어의 경우 2016년 환경부가 고등어 조리 시 초미세먼지 농도가 가장 높아진다는 내용의 보도자료를 내면서 논란이 불거졌습니다. 해프닝으로 끝나긴 했지만 한동안 고등어는 미세먼지 발생의 주범으로 주목받았죠. 같은 해 독일의 폭스바겐 사가 자사 자동차의 질소화합물 배출량이 국내 배출가스 기준에 미달해 수입 인증을 못 받게 되자 전자제어정치를 불법 개조해 판매하도록 한 사건이 우리나라는 물론 전 세계적으로 큰 이슈가 되었습니다. 결국 디젤 자동차의 질소화합물 배출 문제가 크게 불거졌죠. 그보다 앞서서는 화력발전소가 우리나라 미세먼지에 상당히 영향을 끼친다는 뉴스도 나왔습니다.
미세먼지 PM-10 농도의 변화를 살펴보면 지난 20년간 서울의 미세먼지 농도는 큰 틀에서 계속 감소하고 있는 것을 알 수 있습니다. 일부 증가하는 기간도 있지만 지속적으로 보면 감소하고 있죠. 환경부가 미세먼지 농도를 줄이기 위해 배출량을 감소시키는 노력을 꾸준히 해오고 있기에 미세먼지의 직접 배출량은 점점 낮아진 것입니다.
미세먼지의 종류
미세먼지는 크게 PM-10과 PM-2.5로 나눌 수 있습니다. PM-10은 ‘Particulate Matter Less than 10㎛’의 약자로, 입자 지름이 10㎛ 이하인 먼지를 말합니다. 사람의 머리카락 단면 지름이 80~100㎛이니 그보다 10배는 작은 미세먼지를 눈으로 볼 수는 없습니다. PM-2.5는 입자 크기가 2.5㎛ 이하인 초미세먼지로, 최근 미세먼지보다 훨씬 인체에 유해하다는 연구 결과가 나오고 있습니다. 서울에서 관측된 초미세먼지의 10년간의 농도 변화를 보면 조금씩 감소하고는 있지만 미세먼지보다 감소 폭이 조금 덜합니다.
대표적인 미세먼지 아홉 가지에 대해 살펴보겠습니다. 우선 먼지Dust가 있습니다. 봄철 중국에서 우리나라로 오는 황사가 가장 대표적이죠. 해염입자Sea Salt는 바다에서 파도가 치면 물거품이 공기 중에서 부서져 조그만 알갱이로 남는 걸 말합니다. 꽃가루Pollen의 일종인 미세먼지도 있습니다. 이 세 종류의 미세먼지는 자연적으로 생성됩니다. ‘자연 미세먼지Natural Aerosol’라고 부르죠. 이렇게 자연적으로 생성되는 미세먼지들은 모두 크기가 큽니다. 자연 미세먼지는 대부분 초미세먼지 범주에 들어가지 않죠.
그에 비해 크기가 작은 미세먼지에는 버스나 트럭의 배기가스에서 나오는 검댕Soot이 대표적입니다. 요즘에는 연기가 나오지 않게 필터를 달아서 많이 줄어들기는 했죠. 이 까만 미세먼지는 크기가 엄청 작은 초미세먼지입니다. 대기 중에 쌓여 산성비를 내리게 하는 황산Sulfuric Acid과 황산암모늄Ammonium Sulfate이나 해양유기물Marine Organic 등은 각기 화학종이 다른 초미세먼지들입니다.
자연 미세먼지는 땅이나 바다에 있다가 바람에 의해 대기로 올라갑니다. 자동차가 지나가고 나면 흙먼지Soil Dust가 일어 하늘로 올라가는데 이 흙먼지가 황사와 똑같습니다. 흙이 많은 동아시아의 아주 건조한 땅에 강한 바람이 불면 흙먼지가 하늘로 떠올라가고 그것이 우리나라까지 날아오는 게 바로 황사인 거죠. 길거리에서 자동차가 지나갈 때 올라오는 흙먼지를 ‘비산먼지’라고 하는데, 이것도 미세먼지 농도를 높이는 중요한 원인 중 하나죠.
동아시아에 영향을 끼치는 황사의 발원지는 광범위한데 주로 몽골이나 고비 사막, 멀게는 타클라마칸 사막에서 일어나는 황사가 우리나라에 영향을 미칩니다. 대부분 바람이 강하고 건조한 봄철에 많이 일어나죠. 이들 지역의 흙을 보면 조성이 모두 다릅니다. 고비 사막의 흙에는 자갈이 많고 타클라마칸 사막의 흙에는 조금 더 가는 알갱이가 많죠.
초미세먼지의 생성
초미세먼지의 생성 원리는 조금 다릅니다. 더운 여름날 음료를 냉장고에 넣었다 꺼내면 표면에 물방울이 생기고 추운 날 아침에는 안개가 생기죠? 공기 중의 수증기 기체가 서로 달라붙는 응결 현상이 일어나기 때문입니다. 초미세먼지도 같은 원리로 생깁니다. 단, 재료가 조금 다르죠. 물방울은 수증기가 재료라 인체에 무해하지만 초미세먼지의 재료는 그렇지 않습니다.
초미세먼지 생성에 기여하는 원은은 많지만 중요한 건 이산화황, 질소화합물, 암모니아, 유기 기체 네 가지입니다.
우선 이산화황은 화력발전소에서 전기를 만들 때 발생합니다. 화력발전소는 황을 많이 포함하고 있는 석탄을 태워 증기를 발생시키고 이때 나오는 증기를 이용해 전기를 생산하죠. 그래서 화력발전소를 많이 개설하고 전기를 많이 쓸수록 이산화황 기체가 대기 중으로 많이 배출됩니다. 이 이산화황이 여러 개 달라붙으면 ‘황산’이나 ‘황산염’이란 초미세먼지가 생깁니다. 기체에서 생성된 미세먼지라 크기가 훨씬 작죠.
자동차에서 배출되는 질소화합물은 대기 중에서 서로 달라붙어 ‘질산염’이란 초미세먼지를 만들어냅니다. 암모니아에서 만들어지는 초미세먼지 ‘암모늄’도 있습니다. 소나 돼지, 인간에게서 암모니아가 나오죠. 화장실에서 나오는 암모니아 가스도 대기 중에서 화학 반응으로 응결해 암모늄이라는 초미세먼지를 만들어냅니다. 유기 기체Organic Gas도 대기 중에서 산화 과정을 통해 달라붙으면 ‘유기 탄소’라는 미세먼지를 만들어냅니다. 유기 기체의 배출원은 다양합니다. 화학적 용매를 쓸 때 나오는, 냄새 나는 유기 기체들도 유기 탄소를 만듭니다. 전 세계적으로는 나무가 유기 가스를 가장 많이 배출하죠. 여기서 나오는 유기 기체가 유기 탄소 미세먼지가 됩니다.
고등어를 조리하거나 삼겹살을 구울 때 나오는 연기는 분명 미세먼지 농도 증가에 기여하지만, 실내 공기의 질에 악영향을 미칠 뿐입니다.
지금은 대부분 가스나 전기를 사용하지만 우리도 예전에는 나무나 석탄, 풀 같은 것을 태워 그것을 연룛 삼아 요리했습니다. 이러한 생체 소각을 하게 되면 다량의 미세먼지나 미세먼지를 만들 수 있는 재료가 나옵니다. 지금도 파키스탄, 인도나 중국의 개발되지 않은 지역에서는 이 방식으로 요리하기 때문에 수만 명에서 수십만 명까지 병에 걸린다는 사실이 유엔환경계획UNEP이나 국제기구 리포트에 보고되고 있죠.
우리나라의 미세먼지
서울에서 1년 동안 초미세먼지를 관측한 다음 화학적 성분이 무엇인지 분석해봤습니다. 가장 큰 비중을 차지하는 건 ‘유기 탄소 에어로졸’입니다.
그다음 많은 게 황산염입니다. 이산화황이 황산염이 되는데, 발전소나 화력발전을 통해 발생한 것들이 23% 정도 됩니다. 그 뒤를 이어 자동차에서 배출되는 질소화합물이 만드는 초미세먼지가 약 21%를 차지하고 우리가 좋아하는 소나 돼지의 배설물에서 나오는 암모니아가 만든 암모늄도 14% 정도 차지합니다.
초미세먼지 농도는 계절에 따라 달라집니다. 겨울철에는 미세먼지 농도가 높고 여름철에는 상대적으로 미세먼지나 초미세먼지 농도가 낮습니다.
우리나라는 사계절이 뚜렷합니다. 계절적으로 영향을 주는 기단氣團(성질이 일정하고 거대한 공기덩어리)이 각기 다르죠. 여름철에는 북태평양 고기압 때문에 바다에 있는 공기의 영향을 많이 받습니다. 바다 지역은 상대적으로 인간의 영향을 덜 받아 미세먼지 농도가 낮습니다. 깨끗한 공기가 우리나라로 많이 들어와 섞이기 때문에 미세먼지 농도가 낮아지는 겁니다. 겨울엔 대륙에서 바람이 불어오죠. 특히 시베리아나 중국 쪽에서 바람이 많이 불어와 여러 오염 물질이 같이 넘어올 가능성이 큽니다. 그래서 여름보다 겨울에 미세먼지 농도가 조금 더 높아집니다.
우리나라는 사계절 내내 초미세먼지 농도가 20㎍/m³보다 높습니다. 1m³당 들어 있는 초미세먼지 농도가 20㎍보다 높다는 뜻입니다. 참고로 세계보건기구WHO는 국민의 건강을 보호하기 위한 초미세먼지 농도의 기준으로 10㎍/m³를 권장합니다. 우리나라는 모든 계절에 10㎍/m³보다 높기 때문에 아직은 세계보건기구의 권장 기준을 달성하지 못하고 있는 거죠.
예일대학교는 매년 각 나라의 환경 지수를 발표합니다. 대기오염이나 초미세먼지, 여러 오염물질을 가지고 180여 개국을 대상으로 순위를 매기는 것인데, 2016년 발표에서 우리나라는 173위였습니다. 파키스탄, 네팔, 인도, 중국 정도가 우리나라보다 낮은 순위에 있죠. 안타깝게도 우리나라는 대기오염 측면에서 아직 후진적인 나라인 겁니다.
그럼에도 우리나라의 미세먼지 농도는 지난 20년간 지속적으로 감소해왔습니다. 정부가 미세먼지를 줄이기 위해 수조 원을 들여 환경 정책을 폈기 때문이죠. 문제는 2012년에 최저점을 찍은 후 조금씩 증가하고 있다는 점입니다. 왜 다시 증가하고 있을까요? 기상 조건과 미세먼지 농도의 상관관계를 보면 알 수 있습니다. 풍속이 빠르면 오염물질이 대기에 잘 섞입니다. 굴뚝에서 같은 양의 이산화황이 나오더라도 바람이 셀수록 주변 공기와 잘 섞여서 우리에게 영향을 주는 미세먼지나 대기오염 물질의 농도는 낮아지는 겁니다.
우리나라의 미세먼지 변화를 살펴보기 위해 과거 20년간 미세먼지 농도의 평균을 낸 다음 매년 어떻게 변화했는지 계산해봤습니다. 20년 동안의 평균을 0으로 삼고 0보다 위에 있으면 ‘미세먼지 농도가 높았다’, ‘대기 오염이 심했다’고 생각하면 됩니다. 계산 결과를 보니 2012년에 제일 낮았고 이후 조금씩 증가했습니다. 똑같은 연구를 풍속에도 적용해봤습니다. 20년간 풍속의 평균을 내고 매년 편차를 내보니 2012년에 바람이 가장 세게 불었고 이후에 속도가 줄어들었습니다. 다시 말해 우리가 같은 양의 오염물질을 배출하더라도 대기와 덜 섞이는 기상 조건이 되고 있다는 겁니다. 풍속의 저하가 미세먼지 농도의 증가를 많은 부분 설명해주고 있는 거죠.
풍속은 왜 줄어들었을까요? 대답은 하나, 기후변화 때문입니다.
기상청장도 인정했지만 기상청이 쓰는 예보 모델이 현재 동아시아나 한반도에서 일어나는 기상 조건의 변화를 제대로 반영하지 못하고 있다는 게 학자들의 공통 의견입니다.
낮보다 밤에, 시골보다 대도시에 많은 미세먼지
낮의 대기를 살펴보면 지표가 가장 뜨겁습니다. 태양 빛에 의해 빨리 데워지거든요. 위로 올라갈수록 온도는 점점 떨어집니다. 뜨거운 공기는 차가운 곳으로 가려는 특성이 있기 때문에 굴뚝에서 오염물질이 나오면 위로 올라가 잘 섞입니다. 그래서 똑같은 양의 오염물질이 나와도 농도가 낮죠. 하지만 밤이 되면 온도 분포가 반대가 됩니다. 지표가 더 빨리 식거든요. 대기는 아직 온도를 잃지 않았는데 지표는 그보다 빨리 식습니다. 그래서 지표에서 오염물질이 상승하지 못하고 나오는 대로 지표 근처에 쌓이게 되죠.
자동차에서 나오는 배출가스를 조사해보면 선진국의 경우 출근 시간에 질소화합물 농도가 올라갔다가 떨어지고 퇴근 시간이 되면 한 번 더 올라갔다 떨어집니다. 자동차 사용량에 따라 오염물질 배출이 하루에 두 차례 정점을 찍는 것입니다. 그런데 우리나라에서는 특이하게도 아침에 배출가스가 늘어나다가 낮에 조금 줄어들고 오후에 다시 올라가 자정까지 계속 높은 상태입니다. 사람들이 계속해서 자동차를 이용하고 있다는 뜻이죠. 특히 밤에 자동차를 많이 사용하면 할수록 오염물질의 농도는 급격히 올라갑니다.
대도시에서는 전력을 많이 사용하기 때문에 공장이 필요한데, 발전소를 대도시에 지으려면 땅값도 비싸고 오염물질도 발생하기 때문에 저렴하고 사람이 적은 외곽에 짓죠. 그런데 이것이 대도시의 대기 오염을 더 악화시키는 결과를 초래합니다. 대도시는 그 주변보다 온도가 항상 1~2℃ 높습니다. 지표가 아스팔트로 덮여 있고 에어컨도 많이 쓰는 등 인공 열들이 시골보다 훨씬 많이 나오니까요. 이를 열섬 효과라고 합니다. 그러다 보니 대도시에서는 공기가 항상 위로 올라가게 됩니다. 그러면 이를 메우기 위해 주변 공기가 대도시로 들어오게 되는 것이죠. 이런 식으로 공기 순환이 일어나면서 우리가 오염물질을 피하기 위해 외곽 지역으로 보냈던 공장의 오염물질이 다시 대도시로 돌아오는 현상이 나타납니다.
미세먼지가 높게 나타나는 기상 조건은 대부분 고기압일 때입니다. 2013년 1월 베이징의 미세먼지 농도가 미 대사관 기준으로 1,000㎍/m³까지 올라갔어요. 참고로 우리나라에서는 미세먼지 농도가 100㎍/m³만 되어도 그 원인이 무엇인지를 따지고 마스크를 쓰고 야외 활동은 자제하라는 안내문이 나갑니다. 이때의 기상 조건을 보니 동아시아나 한반도 전체가 고기압 영향권에 있었습니다.
겨울철은 춥죠. 시베리아에서 차가운 공기가 내려와 온도를 떨어뜨리니까요. 바람도 강하고 맑고 깨끗한 공기가 시베리아에서 내려와서 미세먼지 농도가 높아지지 않습니다. 하지만 겨울이라고 해서 항상 추운 것만은 아니죠. 간혹 기온이 올라갈 때가 있는데, 이럴 때 미세먼지 농도가 높아집니다. 겨울철에 고기압일 때는 북쪽에서 오는 바람이 상대적으로 적습니다. 그러면 공기가 주변과 잘 섞이지 않는 정체 현상이 심해지면서 미세먼지 농도가 올라갑니다. 고기압일 때는 구름도 잘 끼지 않기 때문에 태양 복사에너지가 많이 들어와 통상적으로 온도도 올라가는 거죠. 반면 저기압이 영향을 끼치는 때에는 상대적으로 공기의 흐름이 빠르고 강수 현상 등이 동반되기 때문에 미세먼지가 쌓일 수 있는 환경이 잘 생기지 않습니다.
미세먼지의 영향
미세먼지는 아주 작은 알갱이로 사람이 흡입하면 폐에 도달해 쌓입니다.
대기 중의 미세먼지 농도가 50㎍/m³ 증가할 때마다 사망률은 1~8% 정도 증가한다는 보고가 있습니다.
맑은 황사도 있습니다. 미세먼지 농도는 비슷한데 식별할 수 있는 시정거리는 크게 차이가 나는 거죠.
초미세먼지는 대기 중에서 기체 여러 개가 붙어서 생긴 액상이나 고체상의 조그만 알갱이입니다. 이 미세먼지가 수증기에 붙으면 크기가 커집니다. 친수성 미세먼지, 전문 용어로는 Hydrophilic particle이라고 하죠. 미세먼지 농도가 같더라도 상대 습도가 높은 날에는 미세먼지가 수증기에 달라붙어서 공기 중 알갱이 크기가 커지는 것입니다. 참고로 환경부에서 발표하는 초미세먼지나 미세먼지 농도는 항상 건조한 상태입니다. 대기 중 초미세먼지에 물방울이 붙어 있어도 필터로 거른 다음 온도를 높여요. 상대 습도를 인위적으로 낮추는 겁니다. 초미세먼지나 미세먼지는 상대 습도에 따라 미세먼지에 붙어 있는 수증기의 양이 다르고 이것이 시정 거리에 영향을 미칩니다. 그래서 대기가 청명하더라도 미세먼지 농도는 높을 수 있는 거죠.
미세먼지에 수증기가 달라붙으면 물방울이 되는데 땅에 있으면 안개가, 공중으로 뜨면 구름이 됩니다. 구름과 안개는 기상학적으로 똑같은 현상인데 안개는 지표 가까이에, 구름은 하늘에 있는 거죠. 미세먼지는 공기 중에서 수증기를 끌어들여 물방울을 만들어주는 역할을 합니다. 수증기 자체만으로는 물방울이 잘 안 만들어지거든요. 미세먼지가 구름을 만드는 데 필수 불가결한 조건인 겁니다.
인공위성에서 선박의 항로를 보면 선박이 지나간 자리가 하얗게 보입니다. 이산화황 기체에 수증기가 달라붙어 만들어낸 구름이죠. 즉 선박에서 석탄이나 벙커C유를 태울 때 나오는 이산화황이 황산염이라는 에어로졸을 만들어내고 거기에 수증기가 달라붙어 구름을 만드는 거예요. 바다는 습해서 수증기가 많거든요. 미세먼지가 구름을 만드는 겁니다. 하늘에서 바다를 보면 바닷물이 까맣게 보여 태양 빛이 거의 바다에 흡수됩니다. 그런데 선박 운항으로 미세먼지가 발생하고 거기에 수증기가 달라붙어 하얀 구름이 만들어지면 태양 빛이 반사가 되죠. 다시 말해 지구가 받을 수 있는 에너지가 조금 줄어듭니다. 이것이 미세먼지의 간접 효과입니다.
미세먼지는 구름을 하얗게 만듭니다. 미세먼지가 많을수록 수증기도 분산되어 미세먼지 하나에 달라붙는 수증기 알갱이가 작아지죠. 그만큼 구름 방울 알갱이도 작아집니다. 작은 구름 알갱이가 여러 개 있으면 그 표면적은 큰 구름 알갱이가 듬성듬성 있는 것보다 훨씬 커지고 빛을 많이 반사해서 하얗게 보이는 거죠. 그래서 자동차를 많이 타고 다니거나 석탄을 많이 태우면 미세먼지가 많아지고 구름이 하얗게 되는 겁니다. 구름의 종착역은 비죠. 큰 구름 방울이 몇 개만 달라붙으면 금방 비가 되어 없어지는데 미세먼지로 인해 구름 방울이 작게 만들어지면 비가 잘 안 내리고 구름이 오랫동안 남아 있게 됩니다. 이처럼 미세먼지가 구름을 생성하고 구름이 다시 태양 빛을 반사해서 지구가 에너지를 덜 받게 하는 효과가 기후변화 연구에서 가장 불확실성이 크고 많이 연구해야 할 분야 중 하나입니다.
기후변화와 미세먼지
1991년 필리핀의 피나투보 산에서 일어난 화산 폭발을 예로 들어보죠.
화산이 폭발하자 거기서 나온 화산재와 가스들이 성층권까지 올라갔습니다. 대류권 두께가 10~15km 정도 되고 그 위가 성층권인데 거기까지 올라간 겁니다. 여기까지 올라간 미세먼지는 대략 5년 동안 머물러 있습니다. 많은 양의 미세먼지가 성층권에 올라간 결과, 태양 복사가 많이 반사됐어요. 실제로 관측을 해보니 화산 폭발 이후에 온도가 떨어졌습니다. 다시 회복되는 데 5년이나 걸렸죠.
기후변화가 미세먼지에 직접 영향을 미치기도 합니다. 기후변화의 대표적인 예가 지구온난화, 즉 지구의 온도가 올라가는 거죠. 앞서 전 지구적으로 유기 기체가 나무에서 가장 많이 나온다고 했습니다. 사람이 여름철에 더우면 체온을 보호하기 위해 땀을 흘리는 것처럼 나무도 온도가 높아지면 자신을 보호하기 위해 유기 기체를 뿜어냅니다. 지구 온도가 올라가는 만큼 나무에서 유기 기체가 많이 나오겠죠. 그러면 유기 기체가 재료로 쓰여 유기 탄소라는 에어로졸이 많이 만들어지는 겁니다.
또 하나, 현재 기후변화와 관련된 여러 연구가 지구온난화가 되면 공기가 위로 잘 안 섞이는 정체 현상이 심해질 것이라는 예측을 내놓고 있습니다. 오염물질이 덜 섞일수록 오염물질 농도는 훨씬 더 올라가게 되죠. 우리가 배출하는 미세먼지나 초미세먼지, 대기오염물질이 기후에 영향을 주는 것과 반대로 기후가 대기오염에 영향을 미치기도 하는 겁니다.
NASA에서는 에이트레인A-Train 미션을 수행하고 있습니다. 에이트레인은 5개의 인공위성으로 구성된 그룹으로 이 위성들이 시차를 두고 같은 궤도를 따라 이동하며 대기를 구성하는 화학 물질, 오염 물질, 미세먼지, 온도, 기압을 측정합니다.
패널토의
환경부 발표 자료를 보면 미세먼지의 30~50%는 중국에서 왔고 50~70%는 우리나라가 배출했다고 되어 있습니다. 무슨 말이냐 하면 중국보다는 우리나라 영향이 좀 더 크다는 거죠. 100㎍/m³ 이상이 넘는 고농도 환경에서는, 60~80%가 중국의 영향인 것으로 보인다고 되어 있습니다. 물론 정확히 중국이라는 표현을 쓰지 않았고 ‘국외’라고 했어요. 사실 미세먼지는 중국이나 러시아, 그리고 자료가 거의 없는 북한에서도 온다고 알려져 있습니다. 그럼에도 여러 학자의 이야기를 종합해보면 미세먼지는 확실히 봄이나 겨울철에 중국의 산둥 반도나 아니면 남쪽 해안 지방에서 바람이 불어올 때 확실히 높다는 거죠.
초미세먼지나 미세먼지 배출로 따지면, 우리의 150배 정도입니다. 미세먼지의 전구물질前驅物質, precursor, 그러니까 대기 중으로 배출되어서 미세먼지를 생성하는, 앞서 박 교수님이 이야기한 기체상 물질의 경우에도 50~80배를 배출합니다. 어떻게 보면 정 기자님이 말한 50% 정도는 오히려 다행스러운 것일지도 모르겠습니다. 자료를 하나 준비했는데 중국 베이징 주재 미국대사관에서 측정한 초미세먼지의 농도입니다. 2009년부터 2015년까지의 자료인데 우리나라는 20~30㎍/m³ 정도인 데 비해 중국은 80~10㎍/m³ 정도입니다. 우리보다 네다섯 배나 되지요. 시간별 최고치를 보면 거의 1,000㎍/m³이나 됩니다. 베이징 시민이 서울 시민보다 4~5배 정도의 탁한 환경에서 살고 있다는 것을 알 수 있지요.
전구물질 :: 어떤 화합물을 만들어 내는 모체가 되는 물질. 화학반응에서 에이(A)에서 비(B)로 변할 때 비(B) 물질에서 본 에이(A) 물질을 이른다. 피브린의 경우 피브리노젠을 이른다.
[네이버 지식백과] 전구물질 [precursor] (식품과학사전)
중국의 영향이 크기는 하지만 우리나라도 미세먼지를 줄여야 하는 것은 엄연한 사실입니다. 지난 2016년 6월 3일에 환경부가 대책 발표를 했을 때, 전국에서 미세먼지를 가장 많이 배출하는 곳이 사업장이라고 밝혔습니다. 사업장이라고 하면 쉽게 와 닿지 않을 텐데, 크고 작은 공장을 말하는 겁니다. 지금도 충남 지역 화력발전소의 미세먼지가 수도권에 영향을 미친다고 하잖아요. 충남 지역에 우리나라에서 가장 큰 제철공장이 있습니다. 화학 공장, 섬유 화학 공장들도 줄줄이 들어서 있습니다. 수도권만 봤을 때는 언론에서 계속 제기한 경유차 배출량이 많은 것이 사실이지만 전국 단위로 보면 공장 문제도 짚고 넘어가야 할 것 같습니다.
오염 문제를 생각할 때, 가장 처음에 접근하는 것이 배출량입니다. 배출량이 굉장히 중요한 의미인 것이 맞지만 그다음 단계로 생각해야 할 것이 농도입니다. 그래서 우리가 실제로 피해를 보는, 호흡하는 공기에 대한 농도가 어느 정도 되느냐를 연구해야 합니다. 또 다음 문제는 조성이나 독성에 의해서 얼마나 큰 피해를 주느냐 하는 것입니다. 똑같은 질량을 갖고 있더라도 독성이 크다면 우리가 훨씬 더 많은 걱정을 해야 하지요. 경유차에서 나오는 먼지가 양적으로는 적더라도 그것이 농도에 기여를 하고 그 농도가 독성에 더 많은 기여를 한다면 그에 따라서 고민의 축을 옮겨가면서 생각해야 할 것입니다.
미세먼지 특별대책 등에 2020년까지 약 5조 정도의 막대한 예산이 투입된다고 합니다.
80% 정도는 친환경 자동차를 보급하고 충전소를 세우고, 노후한 경유차를 폐차시키는 정책에 사용되지요. 우리나라가 쏘아 올리려고 하는 정지궤도 환경위성 사업이 2,000억 정도가 소요되는 사업인데 5조 원이 5년 동안에 5조 원이니까, 1년에 1조씩이라고 하면 매년 위성이 5개씩 25개를 쏠 수 있는 비용입니다.
미세먼지가 농도가 높다고 해서 시정이 반드시 나빠지는 것은 아닙니다. 미세먼지가 심한 날에도 하늘이 그렇게 답답하지 않은 날도 있고, 반대로 하늘은 엄청 답답한데 미세먼지 자체는 별로 없는 날도 있습니다.
미세먼지 ‘예보’의 정확도는 85% 정도 됩니다. 2015년 발표된 바에 따르면 1,000㎍/m³이 넘어가는 고농도 사례에서 미세먼지 예보 정확도는 65% 수준입니다. 아직 미세먼지가 어디서 배출되는지 확인하기 어렵기 때문에 예보 모델에는 한계가 있지요.
10년 동안 인공위성에서 관측한 질소산화물의 농도인데 실제로 관측을 해보니까 베이징과 상하이 그리고 홍콩, 서울, 이런 지역에서 질소산화물이 계속 감소하는 것으로 나타났습니다. 그 이유는 중국이 주요 지역 세 곳에 대해 강력한 환경 정책을 펴고 있기 때문입니다. 우리가 5조 원을 투입할 때, 거기는 300조 원을 투입합니다. 하지만 문제는 이곳을 강하게 규제하면 오염이 주변 지역으로 옮겨간다는 거죠. 사람이 살게 되면 오염 배출은 필연적이니까요. 아직 강력한 정책과 그에 따른 여러 가지 변화까지는 데이터베이스에서 고려하지 못하고 있습니다. 최근에 와서는 인공위성 기술을 활용해 최대한 데이터베이스 내에서 할 수 있는 여러 가지 것은 따라가고 부족한 부분들을 발전된 과학으로 채우는 시도들을 하고 있습니다. 그런 의미에서 앞으로 더 나아질 가능성이 있다고 봅니다.
2016년 3월에 중국과 프랑스가 함께 연구한 논문이 <네이처>에 실렸습니다. 중국에서 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 30%를 배출하는데 이대로라면 인간이 인위적으로 배출한 온실가스는 중국이 30%를 배출했으니까 온난화의 30%도 중국이 기여한 게 아니냐고 추론해 볼 수 있죠. 그러나 실제로 미세먼지가 온난화를 감소시키는 효과가 워낙 커서 그 효과까지 고려한 논문이 실린 겁니다. 어느 정도인지 살펴봤더니, 예를 들어 전 세계가 3 정도의 지구온난화로 에너지 영향을 받는다면 중국에서 0.29 정도. 그러니까 딱 1/10만큼 지구온난화에 영향을 준다고 결론을 내렸습니다. 즉 중국에서 뿜어내는 스모그나 오염 물질들이 워낙 많아서 그것이 미치는 태양의 반사효과, 또 비가 되어서 내리는 효과 등이 엄청나게 크다, 그래서 중국은 아이러니하게도 지구온난화에 엄청난 배출량을 기여하지만 온난화 자체의 기여도는 10% 정도밖에 안 된다는 내용입니다. 이것은 우리나라의 입장에서는 최악의 논문인 거죠. 온난화는 천천히 진행되는 현상이잖아요. 그래서 당장 어떤 피해가 있을 거로 생각하지 않는데, 미세먼지는 워낙 피해가 심각하고 눈으로도 보일 정도라 미세먼지가 우리한테 도움을 준다고 표현하기는 어려울 것 같습니다.
배출된 물질이 박 교수님이 설명한 여러 가지 조건에 따라서 2차 먼지가 되기도 하고 그냥 1차 먼지로 존재하기도 할 때, 먼지의 색깔이 까만색이냐, 하얀색에 가까우냐에 따라서 온난화에 미치는 영향은 굉장히 다릅니다. 하지만 역시 인체에 미치는 정도는 모두 심각합니다.
우리가 원치는 않았지만 중국에서 나오는 미세먼지가 태양 복사에너지를 많이 반사해 동아시아를 조금 더 덜 따뜻하게, 기후변화로부터 막아주는 역할을 하고 있지만 실제로는 중국 정부도 자국민의 건강을 위해서 미세먼지를 줄이기 위한 노력을 하고 있습니다.
하지만 이산화탄소는 한 번 배출되면 거의 100년 이상 남아 있습니다. 바꿔 생각해 보면, 미세먼지 농도가 중국에서 줄어들기 시작하면 우리가 지금까지 겪었던 온난화보다는 훨씬 더 큰 상태의 온난화가 동아시아에 또는 전 지구에 닥칠지도 모른다는 것이지요.
미세먼지가 구름을 만드는 역할을 하기 때문에 물의 순환이라는 측면에서는 어느 정도 긍정적인 역할을 합니다. 그 역할까지 나쁘다고 볼 수는 없지요.
2016년 초에 충남보건환경연구원에서 미세먼지, 정확히는 황사에서 노로 바이러스가 검출되었어요. 물론 전염 가능성은 없죠. 바이러스라는 것은 숙주 안에 들어가 증식을 해서 양이 많아졌을 때, 숙주가 그걸 섭취하거나 어떤 경로로 흡입하게 되면 감염이 되는 것이니까요. 그런데 어쨌든 바이러스가 넘어왔다는 것 자체에 보건환경과학원은 주목했지요. 다른 질환을 일으킬 수 있는 바이러스도 미세먼지를 통해서 넘어올 가능성은 충분히 있으니까요. 기상청 가이드 라인을 보면 황사가 왔을 때, 과일이나 채소를 더 깨끗하게 씻어 먹으라고 하지요. 그냥 흙일 수도 있지만 중국 공장 지대를 넘어오면서 중금속이 조금 더 섞여 있을 수 있고 우리가 알지 못하는 식중독을 일으킬 만한 바이러스가 검출될 수도 있어요. 양이 워낙 미미하기는 하지만요.
최근 국립암학회의 발표에 따르면 2000년대 초반부터 지금까지 남성 폐암 환자가 계속 감소하고 있습니다. 이것의 가장 큰 원인은 흡연율의 감소 덕분이죠. 그런데 특이한 것이 폐암 환자의 28%가 여성인데, 이 중 88%는 담배를 한 번도 핀 적이 없다는 거예요. 간접흡연 때문이라고 생각하기도 했지만 남성 흡연율이 줄어드는데 여성 폐암 환자는 는다는 것은 이상하지요. 아직은 다 가설이지만 요리할 때 나오는 미세먼지, 특히 거기서 나오는 블랙 카본이나 아니면 고등어를 구울 때, 직접 흡입하게 되는 숯 같은 것들이 실제로 폐암 발생과 밀접한 연관이 있는 게 아니냐고 의사들은 이야기하고 있습니다.
Q&A
우리나라에서 발생하는 유기 기체 대부분이 인위적으로 발생합니다. 그중 ‘톨루엔’이란 물질의 농도가 선진국보다 10배 이상 많은 것으로 관측되고 있습니다. 톨루엔은 공장 등에서 세척을 위해 많이 쓰는 용매로 이런 물질을 사용하지 않으면 유기 탄소의 미세먼지 농도를 감소시킬 수 있습니다.
헤파 필터는 가스 입자 여과기에 포함되어 공기 중의 방사성 미립자를 정화하기 위해 개발된 공기 정화 장치죠.
전기자동차 자체가 미세먼지를 발생시키지는 않지만 전기자동차를 움직이는 데 필요한 전기를 생산하는 데는 상당히 많은 먼지가 발생하는 연료가 쓰이는 것은 맞습니다. 그래서 그 쓰임을 정확히 하는 게 필요합니다. 우선 미세먼지는 서울처럼 사람들이 많이 사는 지역에서 집중적으로 배출되니 전기자동차 같은 수단으로 오염의 집중도를 완화하는 게 필요합니다. 국지적으로 미세먼지 오염도가 높은 지역에서는 전기자동차를 장려하는 거죠. 살펴봐야 할 것은 폭스바겐 사의 디젤 게이트에서 드러난 것처럼 출력과 연비, 환경까지 동시에 잡으려는 기술들이 한계를 드러내고 있다는 겁니다.
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